KR101968800B1 - 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마로부터의 이상 방전의 발생을 억제하면서, 회전 테이블의 온도를 측정하는 것이 가능한 열처리 장치를 제공한다. 기판에 대하여 열처리를 행하는 열처리 장치(1)로서, 진공 용기(11) 내에 배치된 회전 테이블(2)은, 기판(W)를 적재해서 회전축을 중심으로 공전시킴과 함께, 가열부(33)에 의해 가열된다. 플라즈마 처리부(61)는, 플라즈마 형성 영역(R3)을 통과하는 기판(W)에 대하여 플라즈마에 의한 처리를 행하고, 온도 측정단(14)은, 회전 테이블(2)의 온도 측정 결과를 전기 신호로서 출력한다. 도전체제의 플라즈마 실드부(261)는, 플라즈마 형성 영역(R3)에서 보았을 때, 온도 측정단(14)을 덮도록 설치되어 있다.

Description

열처리 장치{HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 회전 테이블 상에 적재된 기판에 열처리를 행할 때, 상기 회전 테이블의 온도를 측정하는 기술에 관한 것이다.
기판을 가열해서 처리를 행하는 열처리 장치에는, 가열된 기판에 박막을 성막하는 성막 장치가 있다. 성막 장치의 일례로서, 진공 용기 내에 배치된 회전 테이블 상에 그 회전축을 둘러싸도록 해서 복수의 기판을 적재하고, 회전 테이블의 상방측 소정의 위치에 처리 가스가 공급되도록 가스 공급 영역을 배치한 것이 있다. 이 성막 장치에 있어서, 회전 테이블을 회전시키면, 각 기판이 회전축을 중심으로 공전하면서 가스 공급 영역을 반복해서 통과하고, 이들 기판의 표면에서 처리 가스가 반응함으로써 성막이 행하여진다.
상기 회전 테이블의 하방측에는, 가열부인 히터가 배치되고, 이 히터로부터의 열방사(복사열)을 이용해서 회전 테이블을 가열함으로써, 그 상면에 적재된 기판이 가열되고, 처리 가스의 반응이 진행된다. 이 반응의 진행에 영향을 미치는 기판의 온도 제어는, 회전 테이블의 온도 조정을 통하여 행하여져, 적절한 기판의 온도 제어를 행하기 위해서는 회전 테이블의 온도를 정확하게 측정할 필요가 있다.
여기서 일반적으로 사용되는 온도계로서, 열전대나 온도측정 저항체 등과 같이, 온도의 측정을 행하는 대상물에 금속제의 소형의 온도측정부(이하, 「온도 측정단」이라고 함)를 접촉시키고, 그 온도 측정 결과를 전기 신호로서 외부로 출력하는 것이 있다.
한편, 상술한 성막 장치에 있어서는, 기판의 표면에 플라즈마화한 가스를 공급하여, 기판에 성막된 막의 개질을 행하는 경우가 있다. 플라즈마가 형성되어 있는 분위기에, 온도 측정단과 같은 소형의 금속을 배치하면, 평판 회전 테이블에 비해서 뾰족해진 형상의 온도 측정단을 향해서 이상 방전이 발생하여, 기판에 악영향을 미칠 우려가 발생한다.
또한, 온도 측정단에 있어서의 온도 측정의 결과를 전기 신호로서 출력할 때, 전기 신호가 플라즈마의 영향을 받게 되어, 올바른 온도 측정 결과가 얻어지지 않는 경우도 있다.
여기서 특허문헌 1에는, 진공 용기 내에 고정 배치된 시료 적재대 상에 웨이퍼를 적재하고, 플라즈마를 사용해서 웨이퍼에의 성막을 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 시료 적재대를 구성함과 함께, 플라즈마 중의 하전 입자를 인입하는 바이어스용 고주파 전원이 접속된 금속제의 기재부에, 열전대나 온도측정 저항체 등의 온도 센서를 배치한 플라즈마 처리 장치가 기재되어 있다.
그러나 이 온도 센서는, 기재부의 하면측에 형성된 구멍의 내부에 삽입되어 있고, 또한 기재부의 상면측에는 유전 체막이나 히터 전극막, 정전 흡착용 전극막을 내장한 소결 세라믹판이 적층되어 있다. 이 때문에, 웨이퍼의 상방측에 형성된 플라즈마와, 온도 센서 사이가 충분히 절연되어 있으므로, 온도 센서를 향해서 이상 방전이 발생한다는 문제나 온도 측정의 결과로서 출력되는 전기 신호가 플라즈마의 영향을 받는다는 문제는 발생하기 어렵다.
또한 특허문헌 2에는, 샤프트를 중심으로 회전하는 회전 디스크 상에 웨이퍼를 탑재하고, 그 회전 중심의 상방측에 배치된 재료 가스 도입구로부터 재료 가스를 도입해서 회전 디스크의 상면으로 확산시킴과 함께, 상기 회전 디스크의 상방에 배치된 히터로 웨이퍼를 가열하고, 성막을 행하는 MOCVD 장치가 기재되어 있다.
이 MOCVD 장치에 있어서는, 웨이퍼의 이면에 근접 또는 접촉하도록, 회전 디스크에 열전대를 매설해서 웨이퍼의 온도 측정을 행하고 있다. 그러나, 열전대의 상면을 웨이퍼로 덮기만 한 것은, 플라즈마와 열전대 사이에 「웨이퍼의 두께×실리콘의 비유전율(≒12)」의 거리(예를 들어 웨이퍼의 두께가 0.7㎜인 경우에는, 플라즈마로부터의 거리는 약 8㎜)를 취한 것에 불과하다. 이 때문에, 플라즈마로부터 열전대를 실드하는 작용이 충분하지 않아, 정확한 온도 측정 결과(열전대의 경우에는, 전위차)를 출력하지 못할 우려가 높다. 또한, 웨이퍼의 하면으로부터 열전대를 향해서 이상 방전이 진입되어 있을 우려도 있다.
일본 특허 공개 제2011-258614호 공보: 단락 0015, 0030, 0044, 도 2 일본 특허 공개 제2004-207687호 공보: 단락 0015 내지 0019, 도1, 2
본 발명은, 플라즈마로부터의 이상 방전의 발생을 억제하면서, 회전 테이블의 온도를 측정하는 것이 가능한 열처리 장치를 제공한다.
본 발명의 열처리 장치는, 기판에 대하여 열처리를 행하는 열처리 장치로서, 진공 용기 내에 배치되고, 그 일면측에 형성되는 적재 영역에 기판을 적재해서 공전시키기 위한 회전 테이블과,
상기 회전 테이블을 가열하는 가열부와,
상기 회전 테이블의 일면측에 있어서의 기판의 통과 영역에 형성된 플라즈마 형성 영역에 플라즈마를 형성시켜서 기판을 처리하기 위한 플라즈마 처리부와,
상기 회전 테이블을 회전시켰을 때, 상기 플라즈마 형성 영역과 대향하는 위치를 통과하는 영역 내의 상기 회전 테이블에 설치되고, 상기 회전 테이블의 온도 측정 결과를 전기 신호로서 출력하기 위한 온도 측정단과,
상기 플라즈마 형성 영역에서 보았을 때, 상기 온도 측정단을 덮도록 설치된 도전체제의 플라즈마 실드부를 포함한다.
상기 열처리 장치는 이하의 특징을 갖추고 있어도 된다.
(a) 상기 플라즈마 실드부는, 상기 플라즈마 형성 영역 측에서 본 윤곽 형상이 곡선만으로 이루어는 것. 또한, 상기 플라즈마 실드부는, 상기 플라즈마 형성 영역에 대향하는 면이 평탄한 것. 또한, 상기 플라즈마 실드부는, 상기 적재 영역에 설치되어 있는 것.
(b) 온도 측정단은 플라즈마 실드부에 접촉해서 설치되고, 이 플라즈마 실드부를 통하여 상기 회전 테이블의 온도를 측정하는 것. 또한, 상기 회전 테이블을 회전시키는 회전축을 포함하고, 상기 전기 신호는 상기 회전축 내에 배선된 신호선을 통하여 외부로 출력되는 것. 이때, 상기 회전축에는, 외부의 수신부에 대하여, 무선 통신에 의해 상기 전기 신호를 송신하기 위한 송신부가 설치되어 있는 것.
(c) 상기 회전 테이블을 회전시켰을 때, 상기 플라즈마 형성 영역에 대한 온도 측정단의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부에 의해 검출된 온도 측정단의 위치가 상기 플라즈마 형성 영역 밖에 있는 기간 중에 출력된 상기 전기 신호에만 기초하여 상기 회전 테이블의 온도를 파악하고, 상기 가열부의 출력을 증감하는 가열 제어부를 더 포함한 것.
(d) 상기 가열부의 출력을 증감하는 가열 제어부를 더 포함하고, 상기 가열 제어부는, 상기 온도 측정단을 사용해서 파악한 회전 테이블의 온도와, 미리 정한 설정 온도와의 차분값에 기초하여 상기 가열부의 출력을 증감하는 것.
(e) (d)에 있어서, 상기 가열부는, 상기 회전 테이블의 하방측에 배치되고, 열방사에 의해 상기 회전 테이블의 가열을 행하고, 상기 가열부가 배치되어 있는 영역의 온도를 측정하는 가열부 온도계를 더 포함하고, 상기 가열 제어부는, 상기 온도 측정단을 사용해서 파악한 회전 테이블의 온도와, 미리 정한 설정 온도와의 차분값에 기초하여 상기 가열부 온도계의 출력 목표 온도를 구하고, 상기 가열부 온도계로 측정된 측정 온도와, 상기 목표 온도와의 차분값에 기초하여 상기 가열부의 출력을 증감하는 캐스케이드 제어를 행하는 것.
(f) 상기 적재 영역은, 회전 테이블의 회전 방향으로 서로 간격을 두고 복수 배치되고, 상기 온도 측정단은 이들 중의 일부 적재 영역에 있어서의 회전 테이블의 온도를 측정하기 위해서 설치되고, 상기 플라즈마 실드부는, 상기 온도 측정단이 설치된 적재 영역을 덮도록 설치되어 있는 것. 이때, 상기 플라즈마 실드부를 구성하는 도전체는, 플라즈마의 조사에 의해 발열되고, 상기 온도 측정단이 설치되어 있지 않은 적재 영역도 플라즈마의 조사에 의해 발열되는 도전체로 덮여 있는 것.
본 발명에 따르면, 회전 테이블에 적재된 기판에 대한 열처리를 행하는 열처리 장치에는, 기판에 대한 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리부가 설치되어 있다. 또한 회전 테이블에는, 그 온도를 측정하고, 측정 결과를 전기 신호로서 출력하기 위한 온도 측정단이 설치되고, 이 온도 측정단은, 상기 플라즈마 처리부에서 보았을 때 도전체제의 플라즈마 실드부에 의해 덮여 있다. 이 플라즈마 실드부의 작용에 의해, 플라즈마로부터 온도 측정단을 향한 이상 방전의 발생을 억제하면서, 회전 테이블의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 성막 장치의 횡단 평면도이다.
도 3은 상기 성막 장치의 내부 구조를 도시하는 분해 사시도이다.
도 4는 히터의 배치 영역의 확대 분해 사시도이다.
도 5는 회전 테이블에 대한 열전대 및 실드부의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 6은 상기 열전대 및 실드부의 배치를 도시하는 종단 측면도이다.
도 7은 회전 테이블의 온도 제어 기구의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 8은 회전 테이블을 회전시켰을 때에 온도 측정 결과를 이용하는 범위를 도시하는 설명도이다.
도 9는 열전대에 의한 온도 측정 결과의 이용, 미이용이 행하여지는 타이밍을 도시하는 작용도이다.
도 10은 다른 예에 관계되는 열전대 및 실드부의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 11은 회전 테이블의 온도 제어 기구의 다른 예를 도시하는 블록도이다.
본 발명의 열처리 장치의 일 실시 형태로서, ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의해, 기판인 웨이퍼(W)에 대하여 SiO2막을 성막하는 성막 장치(1)에 대해서 설명한다. 본 예의 성막 장치(1)에서 실시되는 ALD법의 개요에 대해서 설명하면, Si(실리콘)를 포함하는 원료 가스로서 BTBAS(비스터셜부틸아미노실란) 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시킨 후, 상기 웨이퍼(W)의 표면에, 상기 BTBAS를 산화시키는 산화 가스인 오존(O3) 가스를 공급해서 SiO2(산화 실리콘)의 분자층을 형성한다. 그 후, 플라즈마 발생용 가스로부터 발생시킨 플라즈마에 웨이퍼(W)를 노출시키고, 상기 분자층을 개질하는 처리를 행한다. 1매의 웨이퍼(W)에 대하여 이 일련의 처리를 복수회 반복해서 행함으로써, SiO2막이 형성된다. 원료 가스나 산화 가스는, 본 실시 형태의 처리 가스에 상당한다.
도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 성막 장치(1)는, 대략 원형의 편평한 진공 용기(11)와, 진공 용기(11) 내에 설치된 원판 형상의 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(11)는, 천장판(12)과, 진공 용기(11)의 측벽 및 저부를 이루는 용기 본체(13)에 의해 구성되어 있다.
회전 테이블(2)은, 예를 들어 석영 유리(이하, 간단히 「석영」이라고 함)에 의해 구성되고, 그 중심부에는 연직 하방으로 연장되는 금속제의 회전축(21)이 설치되어 있다. 회전축(21)은, 용기 본체(13)의 저부에 형성된 개구부(16)에 삽입되고, 개구부(16)의 하단부를 기밀하게 막도록 설치된 자기 시일(221)을 통해서 용기 본체(13)의 하면으로부터 진공 용기(11)의 외부로 돌출되어 있다. 회전축(21)의 외부 돌출 부분에는, 진공 분위기인 진공 용기(11)와 외부 사이에서 전기 신호의 배선을 통과시키기 위한 피드 스루(222)와, 풀리(231)가 설치되어 있다.
회전축(21)의 측방에는 구동 모터(233)가 배치되고, 이미 설명한 풀리(231)와 구동 모터(233)의 회전축을 연결하도록 구동 벨트(232)를 권회함으로써 회전 테이블(2)의 구동부가 구성되어 있다.
또한 회전축(21)의 하단부에는, 후술하는 수신 급전 유닛(71)과의 사이에서 회전 테이블(2)의 온도에 관한 정보의 통신을 실행하는 온도 검출 유닛(24)이 설치되어 있다.
회전 테이블(2)은, 회전축(21)을 통하여 진공 용기(11) 내에 수평하게 지지되고, 구동 모터(233)의 작용에 의해 회전축(21)을 회전시키면, 상면측에서 보았을 때 예를 들어 시계 방향으로 회전한다.
또한, 개구부(16)의 하단부에는, 회전 테이블(2)의 상면측으로부터 하면측으로의 원료 가스나 산화 가스 등의 돌아들어감을 방지하기 위해서, 상기 개구부(16)와, 회전축(21)과의 간극에 N2(질소) 가스를 공급하는 가스 공급관(15)이 설치되어 있다.
한편, 진공 용기(11)를 구성하는 천장판(12)의 하면에는, 회전 테이블(2)의 중심부를 향해서 대향하도록 돌출되고, 평면에서 보았을 때 형상이 원환상인 중심부 영역(C)와, 이 중심부 영역(C)로부터 회전 테이블(2)의 외측을 향해서 넓어지도록 형성된 평면에서 보았을 때 형상이 부채형인 돌출부(17, 17)가 형성되어 있다(도 2). 바꿔 말하면, 이들 중심부 영역(C) 및 돌출부(17, 17)는, 천장판(12)의 하면에, 그 외측 영역에 비해서 낮은 천장면을 형성하고 있다고 할 수 있다.
중심부 영역(C)와 회전 테이블(2)의 중심부와의 간극은 N2 가스의 유로(18)를 구성하고 있다. 이 유로(18)에는, 천장판(12)에 접속된 가스 공급관로부터 N2 가스가 공급되고, 유로(18) 내에 유입된 N2는, 회전 테이블(2)의 상면과 중심부 영역(C)와의 간극으로부터, 그 전체 둘레에 걸쳐서 회전 테이블(2)의 직경 방향 외측을 향해서 토출된다. 이 N2 가스는, 회전 테이블(2) 상의 서로 다른 위치(후술하는 흡착 영역(R1) 및 산화 영역(R2))에서 공급된 원료 가스나 산화 가스가, 회전 테이블(2)의 중심부(유로(18))를 바이패스로서 서로 접촉하는 것을 방지하고 있다.
도 3의 사시도는, 성막 장치(1)로부터 천장판(12) 및 회전 테이블(2)을 제거한 상태를 나타내고 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이 회전 테이블(2)의 하방에 위치하는 용기 본체(13)의 저면에는, 상기 회전 테이블(2)의 둘레 방향을 따라, 편평한 원환상의 오목부(31)가 형성되어 있다. 이 오목부(31)의 저면에는, 회전 테이블(2)의 하면 전체에 대향하는 영역에 걸쳐서 가열부인 히터(33)가 배치되어 있다.
예를 들어 도 4에 도시하는 바와 같이, 히터(33)는 예를 들어 십수 ㎝ 내지 수십 ㎝ 정도의 길이의 원호 형상으로 형성된, 가늘고 긴 관상의 카본 와이어 히터로 이루어지는 다수의 히터 엘리먼트(331)를 조합해서 구성되어 있다. 이들 원호 형상의 히터 엘리먼트(331)를 복수 조합함으로써, 히터(33)는 회전축(21)을 중심으로 한 복수의 동심원을 그리도록 오목부(31) 내에 배치되어 있다.
또한, 히터(33)가 배치되어 있는 오목부(31) 내에는, 회전 테이블(2)의 직경 방향을 따라서 복수개, 예를 들어 3개의 열전대(44)(44a 내지 44c: 가열부 온도계)가 배치되어 있다. 각 열전대(44a 내지 44c)는, 회전 테이블(2)의 직경 방향을 따라서 상기 회전 테이블(2)의 중심부측에서 주연측을 향해서 나란히 배치되어 있다. 이들 열전대(44a 내지 44c)는, 회전 테이블(2) 측에 설치되어 있는 후술하는 열전대(14a 내지 14c)에 의한 온도 측정 위치에 대응해서 설치되고, 회전 테이블(2)의 중심부측(열전대(14a)), 주연부측(열전대(14c)) 및 이들 사이의 위치(열전대(14b))에 대응하여, 히터(33)의 배치 영역의 온도를 측정할 수 있다. 열전대(44a 내지 44c)는, 도시하지 않은 온도 측정기 본체에 접속되고, 각 위치에 있어서의 온도 측정 결과가 후술하는 히터 제어부(72)를 향해서 출력된다.
각 히터 엘리먼트(331)는, 측면에서 보면 오목부(31)의 저면과 거의 평행하게 되도록 상기 저면으로부터 들뜬 상태로 배치되고, 그 양단은 하방측으로 굴곡되고, 용기 본체(13)의 저판을 관통하는 접속 포트(332)를 통하여, 진공 용기(11)의 외부에 설치된 급전부(333)에 접속되어 있다(급전부(333)에 대해서는 도 6 참조). 이 결과, 원환상으로 형성된 히터(33)의 배치 영역을 직경 방향으로 복수로 분할하여, 동심원 형상의 분할 영역마다 히터(33)의 출력을 조정할 수 있다. 또한, 도 4 이외의 각 도면에 있어서는, 히터 엘리먼트(331)의 굴곡부나 접속 포트(332)의 기재는 생략하고 있다.
이들 히터(33)가 배치된 오목부(31)의 상면은, 예를 들어 석영으로 이루어지는 원환 형상의 판 부재인 히터 커버(34)에 의해 막혀 있다(도 1 참조).
또한, 상기 오목부(31)의 외주측에 위치하는 용기 본체(13)의 저면에는, 진공 용기(11) 내를 배기하는 배기구(35, 36)가 개구되어 있다. 배기구(35, 36)에는, 진공펌프 등에 의해 구성된 도시하지 않은 진공 배기 기구가 접속되어 있다.
또한 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 용기 본체(13)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입 출구(37)와, 상기 반입 출구(37)를 개폐하는 게이트 밸브(38)가 설치되어 있다. 외부의 반송 기구에 보유 지지된 웨이퍼(W)는, 이 반입 출구(37)를 통하여 진공 용기(11) 내에 반입된다. 회전 테이블(2)의 상면에는, 중심부의 유로(18)의 둘레를 둘러싸도록, 웨이퍼(W)의 적재 영역을 이루는 복수의 오목부(25)가 형성되고, 진공 용기(11) 내에 반입된 웨이퍼(W)는, 각 오목부(25) 내에 적재된다. 반송 기구와 오목부(25) 사이의 웨이퍼(W)의 수수는, 각 오목부(25)에 설치된 도시하지 않은 관통구를 통하여 회전 테이블(2)의 상방 위치와 하방 위치 사이를 승강 가능하게 구성된 도시하지 않은 승강 핀을 통하여 행하여지지만, 승강 핀의 기재는 생략하고 있다.
도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상방에는, 원료 가스 노즐(51), 분리 가스 노즐(52), 산화 가스 노즐(53), 플라즈마용 가스 노즐(54), 분리 가스 노즐(55)이 이 순서대로, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 간격을 두고 배치되어 있다. 가스 노즐(51 내지 55)은 진공 용기(11)의 측벽으로부터, 회전 테이블(2)의 중심부를 향해서, 직경 방향을 따라서 수평으로 연장되는 막대 형상으로 형성되어 있다. 각 가스 노즐(51 내지 55)의 하면에는, 다수의 토출구(56)가 서로 간격을 두고 형성되고, 이 토출구(56)로부터 각 가스가 하방측을 향해서 토출된다.
또한 이하의 설명에 있어서, 소정의 기준 위치로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따른 방향을 회전 방향의 하류측, 이것과 반대인 방향을 회전 방향의 상류측이라고 한다.
원료 가스 노즐(51)은, 회전 테이블(2)의 상면측을 향해서 이미 설명한 BTBAS 가스를 토출한다. 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 원료 가스 노즐(51)은, 상기 원료 가스 노즐(51)로부터, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측을 향해서 각각 넓어지는 부채 형상으로 형성된 노즐 커버(57)에 의해 덮여 있다. 노즐 커버(57)는, 그 하방에 있어서의 BTBAS 가스의 농도를 높여서, 웨이퍼(W)에의 BTBAS 가스의 흡착성을 높이는 역할을 갖는다. 또한, 산화 가스 노즐(53)은, 오존 가스를 토출하고, 분리 가스 노즐(52, 55)은 N2 가스를 토출한다. 도 2에 도시하는 바와 같이 각 분리 가스 노즐(52, 55)은, 천장판(12)에 형성된 부채 형상의 돌출부(17, 17)를 둘레 방향으로 분할하도록 배치되어 있다.
다음으로 웨이퍼(W)에 형성된 막에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리부(61)의 구성에 대해서 설명한다.
플라즈마용 가스 노즐(54)은, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스와 산소(O2) 가스와의 혼합 가스로 이루어지는 플라즈마 발생용 가스를 토출한다. 도 2에 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 천장판(12)에는 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따른 부채 형상의 개구부가 형성되어 있다. 이 개구부에는, 석영 등의 유전체로 이루어지고, 상기 개구부에 대응하는 평면 형상을 갖고, 종단 측면 형상이 컵 모양으로 형성된 플라즈마 처리부(61)가 삽입되어 있다(도 1, 도 2). 플라즈마 처리부(61)는, 회전 테이블(2)의 회전 방향에서 보았을 때, 산화 가스 노즐(53)과 그 하류측의 돌출부(17) 사이에 설치되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이 플라즈마 처리부(61)의 하면에는, 상기 플라즈마 처리부(61)의 주연부를 따라서 돌출부(62)가 형성되어 있고, 상기 플라즈마용 가스 노즐(54)은, 이 돌출부(62)에 둘러싸인 영역에 가스를 토출하도록, 상류측에 위치하는 돌출부(62)를 따라, 상기 영역 내에 삽입되어 있다. 돌출부(62)는, 플라즈마 처리부(61)의 하방으로의 N2 가스, 오존 가스 및 BTBAS 가스의 진입을 억제하여, 플라즈마 발생용 가스의 농도 저하를 억제하는 역할을 갖는다.
플라즈마 처리부(61)의 상면측에는 오목부가 형성되고, 이 오목부에는 상면측이 개구되는 상자형의 패러데이 실드(63)가 배치되어 있다. 패러데이 실드(63)의 저면에는, 절연용 판 부재(64)가 배치되고, 그 상면측에는, 금속선을 연직축을 중심으로 코일 형상으로 권회해서 형성되고, 고주파 전원(66)에 접속된, 플라즈마 발생용 안테나(65)가 설치되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이 패러데이 실드(63)의 저면에는, 안테나(65)에의 고주파 인가 시에 상기 안테나(65)에 있어서 발생하는 전자계 중 전계 성분이 하방을 향하는 것을 저지함과 함께, 자계 성분을 하방으로 향하게 하기 위한 슬릿(67)이 형성되어 있다. 이 슬릿(67)은, 안테나(65)의 권회 방향에 대하여 직교(교차)하는 방향으로 연장되고, 안테나(65)의 권회 방향을 따라서 다수 형성되어 있다.
도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상면측에 있어서, 원료 가스 노즐(51)의 노즐 커버(57)의 하방 영역은, 원료 가스인 BTBAS 가스의 흡착이 행하여지는 흡착 영역(R1)이며, 산화 가스 노즐(53)의 하방 영역은, 오존 가스에 의한 BTBAS 가스의 산화가 행하여지는 산화 영역(R2)이다. 흡착 영역(R1)이나 산화 영역(R2)는, 본 실시 형태의 가스 공급 영역에 상당한다. 또한, 플라즈마 처리부(61)의 하방 영역은, 플라즈마에 의한 SiO2막의 개질이 행하여지는 플라즈마 형성 영역(R3)으로 되어 있다. 그리고 돌출부(17, 17)의 하방 영역은, 분리 가스 노즐(52, 55)로부터 토출되는 N2 가스에 의해, 흡착 영역(R1)과 산화 영역(R2)를 서로 분리하여, 원료 가스와 산화 가스와의 혼합을 방지하기 위한 분리 영역(D, D)를 각각 구성한다.
여기서 용기 본체(13)의 저면에 형성된 일방측의 배기구(35)는 흡착 영역(R1)과, 상기 흡착 영역(R1)에 대하여 상기 회전 방향의 하류측에 인접하는 분리 영역(D)와의 경계 부근이며, 회전 테이블(2)의 외측에 개구되어, 잉여의 BTBAS 가스를 배기한다. 타방측의 배기구(36)는, 플라즈마 형성 영역(R3)과, 상기 플라즈마 형성 영역(R3)에 대하여 상기 회전 방향의 하류측에 인접하는 분리 영역(D)와의 경계 부근이며, 회전 테이블(2)의 외측에 개구되어, 잉여의 오존 가스 및 플라즈마 발생용 가스를 배기한다. 각 배기구(35, 36)로부터는, 각 분리 영역(D, D), 회전 테이블(2)의 하방 가스 공급관(15), 회전 테이블(2)의 중심부 영역(C)로부터 각각 공급되는 N2 가스도 배기된다.
이 성막 장치(1)에는, 장치 전체의 동작 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(7)가 설치되어 있다(도 1, 도 6 참조). 이 제어부(7)에는, 웨이퍼(W)에의 성막 처리를 실행하는 프로그램이 저장되어 있다. 상기 프로그램은, 성막 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 송신해서 각 부의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 각 가스 노즐(51 내지 55)로부터의 각종 가스의 공급량 조정, 히터(33)의 출력 제어, 가스 공급관(15) 및 중심부 영역(C)로부터의 N2 가스의 공급량 조정, 구동 모터(233)에 의한 회전 테이블(2)의 회전 속도 조정 등이, 제어 신호를 따라서 행하여진다. 상기 프로그램에 있어서는 이 제어를 행하여, 상술한 각 동작이 실행되도록 스텝군이 짜여져 있다. 상기 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체로부터 제어부(7) 내에 인스톨된다.
이상으로 설명한 구성을 구비한 성막 장치(1)에 있어서, 회전 테이블(2)은 히터(33)에 의해 가열되고, 이 회전 테이블(2)을 통하여 각 오목부(25)에 적재된 웨이퍼(W)가 가열된다. 도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 본 예의 회전 테이블(2)에는, 온도 측정단인 복수의 열전대(14)(열전대(14a 내지 14c))가 설치되어 있다. 이들 열전대(14)를 사용해서 회전 테이블(2)의 온도를 측정하고, 이 측정 결과를 이용해서 회전 테이블(2)의 온도 제어가 행하여진다. 한편으로 이미 설명한 바와 같이, 플라즈마 형성 영역(R3)을 열전대(14)가 통과할 때 플라즈마로부터의 영향을 받는 위치에 열전대(14)가 배치되어 있으면, 플라즈마로부터 열전대(14)를 향해서 이상 방전이 발생하게 될 우려도 있다. 또한, 온도 측정의 결과로서 출력되는 전기 신호(열전대(14)의 경우에는 전위차)가 플라즈마의 영향을 받아서 변화되어, 올바른 온도 측정 결과가 얻어지지 않는 경우도 있다.
그래서 본 예의 성막 장치(1)는, 열전대(14)가 설치되어 있는 영역에, 플라즈마 형성 영역(R3)에서 볼 때 열전대(14)를 덮도록 도전체제의 플라즈마 실드부(이하, 간단히 「실드부」라고 함)(261)가 설치되어 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하면서, 이 실드부(261)를 사용해서 플라즈마로부터의 영향을 억제하면서, 열전대(14)에 의해 회전 테이블(2)의 온도를 측정하는 방법, 및 이들 열전대(14)를 사용한 회전 테이블(2)의 온도 제어에 대해서 설명한다.
도 5, 도 6에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 본 예의 회전 테이블(2)에는, 웨이퍼(W)의 적재 영역을 이루는 5개의 오목부(25) 중 1개의 오목부(25) 내에, 3개의 열전대(14)(14a 내지 14c)가 설치되어 있다. 각 열전대(14a 내지 14c)는, 회전 테이블(2)의 직경 방향을 따라서 오목부(25)의 내측으로 나란히 배치되어 있다. 본 예에 있어서 열전대(14)는, 회전 테이블(2)의 중심부 측의 위치(열전대(14c)), 주연부 측의 위치(열전대(14a)) 및 이들 사이의 중간 위치(열전대(14b))에 설치되어 있다. 각 열전대(14a 내지 14c)는, 오목부(25)의 하면으로부터 상방측으로 돌출되도록 설치되어 있다.
이들 열전대(14a 내지 14c)가 설치되어 있는 오목부(25)에 웨이퍼(W)를 직접, 적재한 경우에는, 플라즈마의 영향에 의해, 이상 방전이 발생하거나 올바른 온도 측정 결과가 얻어지지 않거나 하는 사상이 발생할 우려가 있기 때문에, 이들 열전대(14a 내지 14c)의 상면을 덮도록 실드부(261)가 설치되어 있다.
본 예의 실드부(261)는, 도전체인 카본에 의해 구성된 두께가 5 내지 10㎜ 정도인 원형의 시트이다. 실드부(261)는, 오목부(25) 내에 웨이퍼(W)를 적재했을 때, 열전대(14a 내지 14c)와 웨이퍼(W) 사이에 실드부(261)가 놓인 상태로 되도록, 오목부(25)의 저면을 덮도록 고정 배치되어 있다. 오목부(25)의 저면으로부터 돌출되어 배치된 각 열전대(14a 내지 14c)는, 실드부(261)의 하면에 접촉되어, 실드부(261)를 통하여 회전 테이블(2)의 온도 측정이 행하여진다. 또한, 열전대(14a 내지 14c)가 실드부(261)의 하면에 접촉된 상태로 되어 있는 것은 필수가 아니고, 예를 들어 오목부(25)의 저면 근방의 하방측 회전 테이블(2) 내에 각 열전대(14a 내지 14c)를 매설하고, 그 상면측에 실드부(261)를 배치해도 된다.
일반적으로 플라즈마는, 뾰족해진 부분을 향해서 방전을 일으키기 쉬우므로, 실드부(261)의 상면은 평탄하게 되어 있다. 또한, 실드부(261)는, 그 상면측에서 본 윤곽 형상이 웨이퍼(W)나 오목부(25)와 마찬가지로 원형이며, 가능한 한 곡률이 큰 곡선에 의해서만 형성되어 있다. 이 결과, 예를 들어 실드부(261)의 윤곽 형상을 사각형으로 한 경우에, 그 코너부를 향해서 이상 방전이 발생한다는 문제의 발생을 억제할 수 있다.
도전체인 실드부(261)가 플라즈마 형성 영역(R3)을 통과할 때에는, 실드부(261)의 표피부에 있어서의 전위차는 작고, 이상 방전은 발생하기 어렵다. 또한, 전계는 도전체인 실드부(261)의 표피 부분에만 발생하고, 그 내부까지는 전계가 형성되지 않는다(표피 효과). 그래서 전계가 형성되지 않는 실드부(261)의 이측에 열전대(14a 내지 14c)를 배치함으로써, 플라즈마로부터 이들 열전대(14a 내지 14c)를 차폐하여, 플라즈마의 영향을 억제할 수 있다.
한편, 플라즈마의 영향에 의해 전위차가 발생하는 실드부(261)의 표피부에는, 이 전계를 상쇄시키도록 와전류가 발생하고, 와전류의 발생에 수반하여 실드부(261)가 발열된다. 따라서 실드부(261)가 설치되어 있는 영역에 있어서, 회전 테이블(2)은 히터(33)로부터의 가열 외에, 실드부(261)의 발열에 의해서도 가열된다.
이때, 열전대(14)가 설치되어 있는 오목부(25)에만 실드부(261)를 설치한 것으로 하면, 플라즈마 형성 영역(R3)을 통과할 때 발열되는 실드부(261)가 형성된 오목부(25)와, 실드부(261)가 설치되어 있지 않은 다른 오목부(25) 사이에서 웨이퍼(W)의 가열 조건이 상이해져 버린다. 그래서 본 예의 회전 테이블(2)에는, 열전대(14)가 설치되어 있지 않은 오목부(25)에, 실드부(261)와 공통의 카본 시트로 이루어지는 도전체 시트(262)를 설치하였다. 이 결과, 이들 도전체 시트(262)가 플라즈마 형성 영역(R3)을 통과할 때에도 실드부(261)와 마찬가지의 발열이 발생하여, 실드부(261)를 설치한 오목부(25)와 마찬가지의 조건에서 웨이퍼(W)를 가열할 수 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 상이한 금속을 접촉시켜서 구성되는 열전대(14a 내지 14c)로부터는, 회전 테이블(2)의 온도(실드부(261)의 온도)에 따라서 기전력이 발생하고, 이 기전력이 열전대(14a 내지 14c)에 접속된 신호선(140)에 의해 취출된다. 예를 들어 신호선(140)은 회전 테이블(2) 내를 직경 방향 중심부 측을 향해서 배선된 후, 회전축(21)의 내부에 삽입되어 있다. 회전축(21) 내를 통하는 신호선(140)은, 피드 스루(222)를 통하여 진공 분위기로부터 대기압 분위기로 취출된 후, 회전축(21)의 하단부에 설치된 온도 검출 유닛(24)에 접속되어 있다.
온도 검출 유닛(24) 내에는, 신호선(140)을 통하여 입력된 각 열전대(14a 내지 14c)의 기전력을 검출하는 전압계나, 검출한 기전력에 기초하여, 회전 테이블(2)의 온도에 대응하는 온도 정보로 변환하는 변환부, 상이한 3개의 열전대(14a 내지 14c)로부터 얻어진 온도 정보를 서로 식별 가능하도록, 예를 들어 식별 부호를 붙인 시리얼 데이터로서 출력하는 출력부, 출력부로부터 출력된 데이터를 무선 통신에 의해 수신 급전 유닛(71)에 송신하는 송신부 등을 구비하고 있다.
수신 급전 유닛(71)은, 온도 검출 유닛(24)에 인접해서 배치되고, 온도 검출 유닛(24)으로부터 송신된 온도 정보를 수신하는 수신부에 상당하며, 수신한 온도 정보를 제어부(7)에 설치되어 있는 히터 제어부(72)에 출력한다. 또한, 온도 검출 유닛(24) 및 수신 급전 유닛(71)은, 비접촉 급전에 의해 온도 검출 유닛(24)의 가동용 전력을 송수전하기 위한 코일을 각각 구비하고 있다. 그리고, 도시하지 않은 급전부로부터, 수신 급전 유닛(71)을 통하여 온도 검출 유닛(24)에 공급된 전력은, 예를 들어 온도 검출 유닛(24) 내에 설치된 전지에 축전되어, 온도 검출 유닛(24) 내의 각 기기의 작동에 사용된다.
계속해서, 회전 테이블(2) 측에 설치된 열전대(14) 및 히터(33)의 배치 영역측에 설치된 열전대(44)에 의한 온도 측정 결과를 사용하여, 회전 테이블(2)의 온도 제어를 행하는 방법에 대해서 설명한다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 제어부(7)는 각 열전대(14, 44)로부터 취득한 온도 측정 결과에 기초하여, 회전 테이블(2)의 온도 제어를 행하는 히터 제어부(가열 제어부)(72)를 구비하고 있다. 히터 제어부(72)는, 이 온도 측정 결과에 기초하여, 급전부(333)로부터 히터(33)(각 히터 엘리먼트(331))에 급전되는 전력을 증감하여, 동심원 형상의 분할 영역마다 히터(33)의 출력 조정을 행하는 기능을 갖는다.
도 7은, 히터 제어부(72)에 있어서의 회전 테이블(2)의 온도 제어를 행하는 기구의 일례를 도시하는 블록도이다. 설명의 편의상, 도 7 및 후술하는 도 11에 있어서는, 히터 제어부(72) 및 급전부(333) 이외의 성막 장치(1)의 전체를 「성막 장치 본체(100)」라고 총괄하여 표시하고 있다.
본 예의 히터 제어부(72)는, 양쪽 열전대(14, 44)를 사용하여 측정한 회전 테이블(2)의 온도 및 히터(33)의 배치 영역의 온도에 기초하여, 히터(33)의 출력을 조정하는 캐스케이드 제어를 채용하고 있다.
상세하게는, 회전 테이블(2)의 설정 온도와, 열전대(14)로부터 취득한 회전 테이블(2)의 온도와의 차분값에 기초하여, 제1 PID 제어부(721)에서 히터(33)의 배치 영역의 목표 온도를 산출한다. 이 목표 온도와, 열전대(44)로부터 취득한 히터(33)의 배치 영역의 온도와의 차분값에 기초하여, 제2 PID 제어부(722)에서 급전부(333)로부터 히터(33)에 공급하는 전력을 구하고, 그 결과를 급전부(333)에 출력해서 히터(33)의 출력 조정을 실행한다. 도 7에 도시하는 캐스케이드 루프는, 오목부(25)에 설치된 각 열전대(14a 내지 14c)에 의해 온도 측정이 행하여지는 각 측정 위치 및 이들 측정 위치에 대응지어서 히터(33)의 배치 영역 측에 설치된 열전대(44a 내지 44c)에 의한 온도 측정 위치마다, 3조로 나누어 실행된다.
여기서 이미 설명한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 온도 측정을 행하는 열전대(14)는 실드부(261)에 의해 덮이고, 플라즈마 형성 영역(R3)에 있어서의 플라즈마의 영향을 받기 어려운 구성으로 되어 있다. 한편, 예를 들어 회전 테이블(2) 내에 배치된 신호선(140)이 플라즈마 형성 영역(R3)을 통과할 때 열전대(14)로부터 출력된 전위가 플라즈마의 영향을 받는 등, 플라즈마의 영향을 완전히 배제하지 못할 우려도 있다.
그래서 본 예의 히터 제어부(72)는, 진공 용기(11)가 통과하는 영역을 회전 테이블(2)의 온도 측정을 행하는 영역과, 행하지 않는 영역으로 구획하고, 온도 측정을 행하는 영역에서 취득한 온도 측정 결과에 기초하여 히터(33)의 출력을 조정한다. 구체적으로는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 흡착 영역(R1) 측의 분리 영역(D)의 출구로부터, 산화 영역(R2)의 하류측 근방 위치까지의 범위를 온도 측정 영역(A)으로 설정하고, 플라즈마 형성 영역(R3)(C), 및 그 전후에 설정된 완충 영역(B)에서의 온도 측정 결과는, 히터(33)의 출력 조정에는 사용하지 않는다.
회전 테이블(2)을 회전시켰을 때의 열전대(14)의 위치는, 예를 들어 구동 모터(233)의 회전축 회전 위치와 대응지어서 파악된다. 상기 회전축의 회전 위치는, 구동 모터(233)에 설치한 도시하지 않은 로터리 인코더에 의해 파악된다. 그리고 히터 제어부(72)는, 상기 로터리 인코더의 출력에 기초하여, 회전하고 있는 회전 테이블(2)에 설치된 열전대(14)의 현재 위치를 파악하고, 열전대(14)가 온도 측정 영역 내(A)에 위치하는 기간 중에 취득한 온도 측정 결과만을 사용해서 이미 설명한 히터(33)의 출력 조정을 행한다. 이 경우에, 구동 모터(233)의 로터리 인코더는, 열전대(14)의 위치를 검출하는 위치 검출부에 상당하고 있다.
또한, 열전대(14)의 위치에 따라서 온도 측정 결과가 이용 가능한지 여부의 판단을 행하는 것은 히터 제어부(72)에 한정되는 것은 아니고, 온도 검출 유닛(24) 측에서 행해도 된다. 이 경우, 예를 들어 온도 검출 유닛(24)은, 수신 급전 유닛(71)을 통하여 구동 모터(233)로부터 로터리 인코더의 정보를 취득하는 구성으로 한다. 이 결과, 온도 검출 유닛(24)은, 로터리 인코더의 출력으로부터 파악되는 열전대(14)의 위치에 기초하여, 상기 열전대(14)가 온도 측정 영역 내(A)에 위치하는 기간 중에 취득된 온도 측정 결과만을 히터 제어부(72)를 향해서 출력할 수 있다.
이상으로 설명한 구성을 구비하는 성막 장치(1)의 작용에 대해서 설명한다.
처음에 성막 장치(1)는, 진공 용기(11) 내의 압력 및 히터(33)의 출력을 웨이퍼(W)의 반입시의 상태로 조절하여, 웨이퍼(W)의 반입을 대기한다. 그리고 예를 들어 인접하는 진공 반송실에 설치된 반송 아암에 의해 처리 대상의 웨이퍼(W)가 반송되어 오면, 게이트 밸브(38)를 개방한다. 반송 아암은, 개방된 반입 출구(37)를 통하여 진공 용기(11) 내에 진입하여, 회전 테이블(2)의 오목부(25) 내에 웨이퍼(W)를 적재한다. 그리고, 각 오목부(25) 내에 웨이퍼(W)가 적재되도록, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시키면서, 이 동작을 반복한다.
웨이퍼(W)의 반입을 종료하면, 진공 용기(11) 내로부터 반송 아암을 퇴피시키고, 게이트 밸브(38)를 폐쇄한 후, 배기구(35, 36)로부터의 배기에 의해 진공 용기(11) 내를 소정의 압력까지 진공 배기한다. 또한 분리 가스 노즐(52, 55)이나 중심 영역(C)의 유로(18), 회전 테이블(2)의 하방측의 가스 공급관(15)로부터는, 각각, 소정량의 N2 가스가 공급되고 있다. 그리고, 회전 테이블(2)의 회전을 개시하고, 0rpm보다 크고, 300rpm 이하인 범위의 소정의 회전 속도가 되도록 속도 조정을 행한다.
또한, 급전부(333)로부터 히터(33)에의 전력 공급을 개시하고, 회전 테이블(2)의 온도 제어를 실행한다. 즉, 도 7에 도시하는 바와 같이, 히터 제어부(72)에 대하여 회전 테이블(2)의 설정 온도가 입력되면, 열전대(14)에서 측정한 회전 테이블(2)의 온도와의 비교가 이루어진다.
그리고, 제1 PID 제어부(721)에 의한 히터(33)의 배치 영역의 목표 온도의 산출→열전대(44)에서 측정된 상기 배치 영역의 온도와의 온도 비교→제2 PID 제어부(722)에 의한 히터(33)에의 공급 전력의 산출→급전부(333)로부터의 공급 전력의 조정→히터(33)의 출력 변화의 순서대로 히터(33)의 출력을 조정하는 제어 루프가 실행된다.
이 온도 제어를 실행함에 있어서, 회전 테이블(2)의 온도를 측정하는 열전대(14)는, 플라즈마 형성 영역(R3)에서 보았을 때 실드부(261)에 의해 덮여 있으므로, 플라즈마 형성 영역(R3)을 통과할 때의 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다. 그리고, 열전대(14)를 사용하여 측정된 회전 테이블(2)의 온도는, 회전하는 열전대(14)의 하단부에 설치된 온도 검출 유닛(24)으로부터 수신 급전 유닛(71)에 대하여 무선 송신되고, 히터 제어부(72)를 향해서 출력된다.
또한, 온도 측정을 행하는 기기 전체에의 플라즈마의 영향을 피하기 위해서, 열전대(14)가, 도 8에 도시하는 온도 측정 영역(A)을 통과하고 있는 기간 중에 취득한 온도 측정 결과만을 사용해서 히터(33)의 출력 조정이 실행된다. 이 결과, 도 9에 도시하는 바와 같이, 열전대(14)에 의한 회전 테이블(2)의 온도 측정 결과를, 상기 회전 테이블(2)의 온도 제어에 사용하는 동작이 온/오프된다. 이 오프의 기간 중에는, 그 직전의 온 기간에 측정된 온도 측정 결과를 레지스터 등에 페치해서 회전 테이블(2)의 온도 제어에 사용하면 된다.
또한, 도 9의 횡축은, 열전대(14)가 원료 가스 노즐(51)의 하방을 통과하는 위치를 「0°」로 하여, 용기 본체(13)를 상면측에서 보았을 때의 둘레 방향의 위치를 나타내고 있다. 또한, 도 9 중의 부호(A) 내지 (C)는 도 8에 도시하는 부호(A) 내지 (C)를 붙여 나타낸 각 영역에 대응하고 있다.
또한, 열전대(14)를 설치하지 않은 오목부(25)에는, 플라즈마 형성 영역(R3)을 통과할 때 발열하는 실드부(261)와 공통의 카본 시트로 이루어지는 도전체 시트(262)가 배치되어 있다. 이 결과, 회전 테이블(2)에 설치된 각 오목부(25)에 있어서, 실드부(261) 및 도전체 시트(262)가 플라즈마 형성 영역(R3)을 통과하면, 이들을 구성하는 카본 시트가 동일하도록 발열하므로, 각 웨이퍼(W)의 가열 조건을 균일하게 정렬시킬 수 있다. 열전대(14)에서 측정되는 회전 테이블(2)의 온도는, 히터(33)에 의한 가열 외에, 실드부(261)(열전대(14)가 설치되어 있지 않은 오목부(25)에 있어서는 도전체 시트(262))의 발열의 영향이 포함된 온도로 되어 있다.
상술한 온도 제어에 의해 회전 테이블(2)의 온도가 설정 온도에 도달하면, 원료 가스 노즐(51), 산화 가스 노즐(53), 플라즈마용 가스 노즐(54)로부터의 각종 가스(원료 가스, 산화 가스, 플라즈마 발생용 가스)의 공급과, 고주파 전원(66)으로부터 안테나(65)에의 고주파의 인가에 의한 플라즈마의 형성이 개시된다. 각 가스는, 선택한 처리 레시피에 따른 유량으로 공급된다.
이 결과, 회전 테이블(2)의 각 오목부(25)에 적재된 웨이퍼(W)는, 원료 가스 노즐(51)의 노즐 커버(57)의 하방의 흡착 영역(R1)→산화 가스 노즐(53)의 하방의 산화 영역(R2)→플라즈마 처리부(61)의 하방의 플라즈마 형성 영역(R3)을, 이 순서로 반복해서 통과한다.
그리고, 흡착 영역(R1)에서는 원료 가스 노즐(51)로부터 토출된 BTBAS 가스가 웨이퍼(W)에 흡착되고, 산화 영역(R2)에서는 흡착된 BTBAS 가스가, 산화 가스 노즐(53)로부터 공급된 오존 가스에 의해 산화되어, SiO2막의 분자층이 한 층 또는 복수층 형성된다. 플라즈마 형성 영역(R3)에서는, 상기 SiO2막의 분자층이 플라즈마에 노출되어 개질된다.
이렇게 해서 회전 테이블(2)의 회전을 계속하면, 웨이퍼(W)의 표면에 SiO2막의 분자층이 순차적으로 적층되고, SiO2막이 형성됨과 함께 그 막 두께가 점차 두꺼워진다.
또한 이때, 흡착 영역(R1)과 산화 영역(R2) 사이, 플라즈마 형성 영역(R3)과 흡착 영역(R1) 사이는, 각각 분리 영역(D, D)나 유로(18)에 의해 분리되어 있으므로, 불필요한 장소에서는 원료 가스와 산화 가스와의 접촉에 기인하는 퇴적물은 발생하기 어렵다.
그리고 각 웨이퍼(W)에 원하는 막 두께의 SiO2막이 형성되는 타이밍, 예를 들어 소정 횟수만큼 회전 테이블(2)을 회전시킨 타이밍에서, 원료 가스 노즐(51), 산화 가스 노즐(53), 플라즈마용 가스 노즐(54)로부터의 각종 가스의 공급, 고주파 전원(66)으로부터 안테나(65)에의 고주파 전력의 인가를 정지한다. 그리고, 회전 테이블(2)의 회전을 정지함과 함께, 히터(33)의 출력을 대기 시의 상태로 하여, 성막 처리를 종료한다.
이때 회전 테이블(2)은 각처에서 공급되는 N2 가스에 의해 열을 빼앗겨 그 온도가 저하된다. 예를 들어 이 강온 시에, 히터(33)을 정지하는 것이 아니고, 회전 테이블(2)을 예열 상태로 유지하는 경우에는, 도 7, 도 9를 사용해서 설명한 회전 테이블(2)의 승온 시의 제어와 마찬가지로, 열전대(14)에 의한 회전 테이블(2)의 온도 측정 결과를 이용하면서, 히터(33)의 출력 조정을 행해도 된다.
그 후, 진공 용기(11) 내의 압력을 웨이퍼(W)의 반출 시의 상태로 조절하고, 게이트 밸브(38)를 개방하여, 반입시와는 반대 수순으로 웨이퍼(W)를 취출하고, 성막 처리를 종료한다.
본 실시 형태에 관한 성막 장치(1)에 의하면 이하의 효과가 있다. 회전 테이블(2)에 적재된 웨이퍼(W)에 대한 성막을 행하는 성막 장치(1)에는, 성막된 막에 대한 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리부(61)가 설치되어 있다. 또한 회전 테이블(2)에는, 그 온도를 측정하고, 측정 결과를 전기 신호로서 출력하기 위한 열전대(14)가 설치되고, 이 열전대(14)는, 상기 플라즈마 처리부(61)에서 보았을 때 카본 시트의 실드부(261)에 의해 덮여 있다. 이 실드부(261)의 작용에 의해, 플라즈마로부터 열전대(14)를 향한 이상 방전의 발생을 억제하면서, 회전 테이블(2)의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 회전 테이블(2)에 열전대(14)를 설치해서 회전 테이블(2)의 온도를 직접 측정한 결과를 상기 회전 테이블(2)의 온도 제어에 사용함으로써, 이하의 효과도 얻어진다.
종래, 회전 테이블(2)의 온도를 직접 측정할 수 없는 경우에는, 도 4, 도 6에 도시한 열전대(44)를 사용해서 히터(33)의 배치 영역의 온도를 파악하고, 성막 장치(1)는 상기 영역의 온도가 설정 온도에 도달하고 나서 충분한 시간의 경과를 대기하고 있었다. 이에 비해, 본 실시 형태의 성막 장치(1)는, 열전대(14)를 사용해서 회전 테이블(2)의 온도를 직접 측정할 수 있으므로, 회전 테이블(2)이 설정 온도에 도달한 후에도, 미리 설정된 시간을 계속해서 대기한다는 불필요한 대기 시간의 발생을 억제하여, 웨이퍼(W)를 성막 장치(1)에 반입하고 나서, 반출할 때까지의 전체의 처리 시간을 단축할 수 있다.
또한, 회전 테이블(2)에 열전대(14)를 설치함으로써, 회전 테이블(2)의 온도를 실시간으로 파악하는 것이 가능하게 되므로, 상기 온도 측정의 결과를 히터(33)에 의한 회전 테이블(2)의 온도 제어에 이용하는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 회전 테이블(2)의 온도를 피드백해서 히터(33)의 출력을 증대시킴으로써, 회전 테이블(2)의 온도가 설정 온도에 도달할 때까지의 시간도 단축할 수 있다.
여기서 열전대(14)를 설치하는 위치나 실드부(261)의 형상은, 도 5에 도시한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 도 10은, 모든 오목부(25)에 대하여 회전 테이블(2)의 직경 방향을 향해서 열전대(14)를 3개씩 나란히 배치하고, 또한 회전 테이블(2)의 중심측으로부터 주연부 측의 영역을 덮도록 원환 형상의 실드부(261a)를 설치한 예를 나타내고 있다. 즉, 본 예에서는 1매의 실드부(261a)에 의해 모든 오목부(25)의 하면이 덮여 있다. 각 오목부(25)에 열전대(14)를 설치함으로써, 각 웨이퍼(W)의 온도를 섬세하고 치밀하게 파악할 수 있다. 또한, 원환 형상의 실드부(261a)를 사용함으로써, 실드부(261a)가 플라즈마 형성 영역을 통과할 때의 발열을 회전 테이블(2)의 둘레 방향을 따라 발생시켜서 회전 테이블(2)의 균일한 가열을 행할 수 있다.
한편, 실드부(261)가 플라즈마 형성 영역을 통과할 때의 발열 영향이 작으면, 모든 오목부(25)에 도전체 시트(262)를 설치하는 것은 필수는 아니다.
또한, 실드부(261, 261a), 도전체 시트(262)를 구성하는 재료에 대해서도, 웨이퍼(W)에 대한 금속의 영향 등의 문제가 없으면, 알루미늄이나 스테인레스 스틸 등의 금속제의 실드부(261, 261a), 도전체 시트(262)를 사용해도 된다.
나아가서는, 회전 테이블(2)에 설치되는 온도 측정단의 구성에 대해서도 열전대(14)의 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 온도 측정단으로서, 온도측정 저항체(RTD:Resistance Temperature Detector)나 서미스터, 반도체 온도계를 사용해도 된다.
그리고, 온도 측정단을 설치하는 위치는, 웨이퍼(W)의 적재 영역인 오목부(25) 내에 한정되는 것이 아니라, 오목부(25)로부터 벗어난 회전 테이블(2)의 상면에 열전대(14)를 배치하고, 회전 테이블(2)의 상면측을 실드부(261, 261a)로 덮어도 된다.
이 외에, 금속에 의한 콘터미네이션을 방지하기 위해서, 금속이 노출되어 있는 공간 내에서 웨이퍼(W)의 처리를 행하는 것이 바람직하지 않은 경우에는, 예를 들어 진공 용기(11)의 내측에 석영제의 용기를 설치하고, 이 석영 용기 내에 회전 테이블(2)을 배치해도 된다. 이 경우에는, 이미 설명한 히터 커버(34)는 설치하지 않아도 된다.
또한 히터 제어부(72)에 있어서, 회전 테이블(2)의 온도 제어를 행하는 방법은, 도 9를 사용해서 설명한 예와 같이 회전 테이블(2)의 온도와, 히터(33)의 배치 영역의 온도를 사용해서 히터(33)의 출력 조정을 행하는 캐스케이드 제어의 예에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 11에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 온도 측정 결과에만 기초하여 히터(33)의 출력 제어를 행하는 싱글 루프의 제어 기구를 사용해도 된다.
도 7, 도 11에 도시한 어떠한 제어 기구에 있어서도, 도 8, 도 9를 사용해서 설명한 바와 같이, 회전 테이블(2)을 회전시켰을 때의 열전대(14)의 위치에 따라, 열전대(14)에 의한 온도 측정의 결과를 히터(33)의 출력 조정에 사용하는 경우와 사용하지 않는 경우의 절환을 행하는 것은 필수는 아니다. 실드부(261, 261a)를 설치하는 것에 의한 플라즈마의 실드 효과가 충분한 경우에는, 열전대(14)의 위치에 상관없이, 항상 상기 열전대(14)로부터 취득한 회전 테이블(2)의 온도 측정 결과를 사용해서 히터(33)의 출력 조정을 행해도 된다.
이들 외에, 회전하는 열전대(14)로부터 온도 측정 결과의 전기 신호를 취출하는 방법은, 온도 검출 유닛(24)과 수신 급전 유닛(71) 사이의 무선 통신을 사용하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어 온도 검출 유닛(24)의 하면에 슬립 링을 설치하고, 온도 검출 유닛(24) 내의 출력부로부터, 상기 슬립 링을 향해서 온도 정보를 출력하는 구성으로 해도 된다. 이 경우에는, 슬립 링의 측면에 접촉되도록 설치된 브러시를 통하여 온도 정보가 취출되고, 수신 급전 유닛(71)에 입력된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 원료 가스인 BTBAS 가스와 산화 가스인 오존 가스를 사용한 ALD법에 의해, SiO2막의 성막을 실행하는 성막 장치(1)를 사용한 예에 대해서 설명했지만, 본 발명의 성막 장치(1)를 사용해서 실행 가능한 성막 처리의 종류는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 흡착 영역(R1)에서 트리메틸 알루미늄(TMA)이나 트리에틸알루미늄(TEA) 등의 원료 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키고, 산화 영역(R2) 대신에 설치된 질화 영역에서 NH3(암모니아) 가스 등의 질화 가스를 공급하여, 상기 원료 가스를 질화하여, 질화알루미늄(AlN)을 얻는 ALD 프로세스를 실행해도 된다.
이들 외에, 열처리 장치 내에서 실행되는 처리의 종류는 성막 처리에 한정되는 것도 아니다. 이미 성막이 행하여진 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2) 상에 적재하여, 플라즈마 형성 영역(R3)을 통과시키는 막의 개질 처리만을 행해도 된다. 이 경우에는, 회전 테이블(2) 상에는 흡착 영역(R1)이나 산화 영역(R2)를 형성하지 않고, 천장판(12)에 분리 영역(D) 및 플라즈마 형성 영역(R3)만을 배치해도 된다.
W 웨이퍼
1 성막 장치
11 진공 용기
12 천장판
13 용기 본체
140 신호선
14, 14a 내지 14c 열전대
2 회전 테이블
25 오목부
261, 261a 실드부
262 도전체 시트
33 히터
44, 44a 내지 44c 열전대
61 플라즈마 처리부
7 제어부
71 수신 급전 유닛
72 히터 제어부
721 제1 PID 제어부
722 제2 PID 제어부

Claims (12)

  1. 기판에 대하여 열처리를 행하는 열처리 장치로서,
    진공 용기 내에 배치되고, 그 일면측에 형성되는 적재 영역에 기판을 적재해서 공전시키기 위한 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블을 가열하는 가열부와,
    상기 회전 테이블의 일면측에 있어서의 기판의 통과 영역에 형성된 플라즈마 형성 영역에 플라즈마를 형성시켜서 기판을 처리하기 위한 플라즈마 처리부와,
    상기 회전 테이블을 회전시켰을 때, 상기 플라즈마 형성 영역과 대향하는 위치를 통과하는 영역 내의 상기 회전 테이블에 설치되고, 상기 회전 테이블의 온도 측정 결과를 전기 신호로서 출력하기 위한 온도 측정단과,
    상기 플라즈마 형성 영역에서 보았을 때, 상기 온도 측정단을 덮도록 설치된 도전체제의 플라즈마 실드부를 포함하고,
    상기 적재 영역은, 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 서로 간격을 두고 복수 배치되고, 상기 온도 측정단은 이 중 적어도 하나의 적재 영역에 있어서의 회전 테이블의 온도를 측정하는 위치에 설치되고, 상기 플라즈마 실드부는, 상기 온도 측정단이 설치된 적재 영역을 덮도록 설치되어 있는 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 측정단이 상기 복수의 적재 영역 중 일부의 적재영역에 있어서의 회전 테이블의 온도를 측정하기 위해 설치되어 있을 때, 상기 플라즈마 실드부를 구성하는 도전체는, 플라즈마의 조사에 의해 발열되고, 상기 온도 측정단이 설치되어 있지 않은 나머지의 적재 영역도 플라즈마의 조사에 의해 발열되는 도전체로 덮여 있는 열처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 실드부는, 상기 플라즈마 형성 영역 측에서 본 윤곽 형상이 곡선만으로 이루어지는 열처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 실드부는, 상기 플라즈마 형성 영역에 대향하는 면이 평탄한 열처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 온도 측정단은 상기 플라즈마 실드부에 접촉해서 설치되고, 상기 플라즈마 실드부를 통하여 상기 회전 테이블의 온도를 측정하는 열처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전 테이블을 회전시키는 회전축을 더 포함하고, 상기 전기 신호는 상기 회전축 내에 배선된 신호선을 통하여 외부로 출력되는 열처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전축에는, 외부의 수신부에 대하여, 무선 통신에 의해 상기 전기 신호를 송신하기 위한 송신부가 설치되어 있는 열처리 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전 테이블을 회전시켰을 때, 상기 플라즈마 형성 영역에 대한 상기 온도 측정단의 위치를 검출하는 위치 검출부와,
    상기 위치 검출부에 의해 검출된 상기 온도 측정단의 위치가 상기 플라즈마 형성 영역 밖에 있는 기간 중에 출력된 상기 전기 신호에만 기초하여 상기 회전 테이블의 온도를 파악하여, 상기 가열부의 출력을 증감하는 가열 제어부를 더 포함하는 열처리 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열부의 출력을 증감하는 가열 제어부를 더 포함하고,
    상기 가열 제어부는, 상기 온도 측정단을 사용해서 파악한 회전 테이블의 온도와, 미리 정한 회전 테이블의 설정 온도와의 차분값에 기초하여 상기 가열부의 출력을 증감하는 열처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가열부는, 상기 회전 테이블의 하방측에 배치되고, 열방사에 의해 상기 회전 테이블의 가열을 행하고, 상기 가열부가 배치되어 있는 영역의 온도를 측정하는 가열부 온도계를 포함하고,
    상기 가열 제어부는, 상기 온도 측정단을 사용해서 파악한 회전 테이블의 온도와, 상기 미리 정한 회전 테이블의 설정 온도와의 차분값에 기초하여 상기 가열부가 배치되어 있는 영역의 목표 온도를 구하고, 상기 가열부 온도계로 측정된 상기 가열부가 배치되어 있는 영역의 측정 온도와, 상기 가열부가 배치되어 있는 영역의 목표 온도와의 차분값에 기초하여 상기 가열부의 출력을 증감하는 캐스케이드 제어를 행하는 열처리 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
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